WO2023110901A1 - Steuergerätefamilie - Google Patents

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WO2023110901A1
WO2023110901A1 PCT/EP2022/085666 EP2022085666W WO2023110901A1 WO 2023110901 A1 WO2023110901 A1 WO 2023110901A1 EP 2022085666 W EP2022085666 W EP 2022085666W WO 2023110901 A1 WO2023110901 A1 WO 2023110901A1
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WO
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class
heat dissipation
range
performance
area
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/085666
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Sieber
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20854—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20872—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20881—Liquid coolant with phase change

Definitions

  • the invention relates to a control unit family and a method for designing the control unit family according to the preamble of the independent claims.
  • Electrical devices include electrical and/or electrical components which generate heat loss during operation. As a result of the heat loss, a time-stable or a time-variable operating temperature for the electrical device may arise depending on the operating mode. However, if the operating temperature exceeds critical temperature values, this can lead to malfunctions within the electrical device. In particular, electrical and/or electronic components can also be damaged to such an extent that operation of the electrical device is no longer possible. To ensure safety, electrical devices are designed for a safe operating temperature using defined heat dissipation concepts. Depending on the performance class of the electrical device, the cooling concepts can differ greatly from one another, so that different implementations of electrical devices must always be provided depending on the performance class.
  • VCU central vehicle computer units
  • a cooling device for cooling a power semiconductor is known from published application DE10 2015 212 721 A1.
  • the cooling device comprises a closed cavity through which a cooling liquid flows via an inlet and an outlet.
  • the cooling device has pins protruding into the cavity from an inner surface delimiting the cavity.
  • the power semiconductor is arranged on an outer surface of the cooling device facing away from the journal.
  • the published application DE 10 2014 106 134 A1 shows a cooling system for a reported module.
  • the cooling system includes a multi-part cooling housing with an inlet and an outlet for a cooling medium.
  • a molded module is received within a cavity formed by the cooling shroud. This has cooling plates, which are formed on the outside of the module as areas exposed by the mold.
  • One of these module sides with the cooling plates is covered by a cover as a housing part, forming a liquid cavity. This is covered by the cover from the rest of the module.
  • the cover includes the inlet and outlet for the cooling medium. In cooling operation, the cooling plates on one side of the module are cooled by the cooling liquid flowing through them within the liquid cavity.
  • the multi-part housing can be made of metal or a plastic material.
  • the published application DE 199 11 205 A1 discloses a cooling device for electronic components. Inside a cavity formed by two housing elements of the cooling device, a corrugated metal sheet is arranged as cooling ribs to increase a heat transfer surface, which rests on an elastic element and is thereby pressed against one of the housing elements under pretension. A cooling liquid flows through the cavity via an inlet and an outlet. The elastic element is in abutting contact with one of the metal housing elements.
  • the other housing element is made of plastic. This has a recess on a side facing away from the cooling fins, in which the electronic components are accommodated.
  • the invention is based on the object of making it possible to create or expand variants within a control device family of the same control device platform in a simple and cost-effective manner.
  • the starting point is a control unit family of a control unit platform with at least two, three, four or more variants of control units of different performance classes.
  • a required performance class is achieved in particular and essentially by corresponding power components provided in the respective control device.
  • a higher performance class is usually associated with higher heat development during operation. In this respect, a higher performance class is also associated with a need for greater heat dissipation for operation.
  • the variants of the control unit have at least a first and a second housing element, which form a cavity when installed. An equipped circuit carrier of a respective performance class, which is to be cooled, is then accommodated within this cavity.
  • the circuit carrier is at least partially in thermal contact with one of its two main sides, at least indirectly, with an inner surface of the second housing element facing this one main side.
  • a TI M material thermal interface material
  • the TI M material can be coupled directly to a circuit carrier side or directly to an electronic and/or electrical component to be cooled, for example a power semiconductor, in particular a chip.
  • a heat flow or heat exchange with the second housing element is made possible by means of the thermal system contact.
  • a heat dissipation area is formed on an area adjacent to the outer surface. In this way, thermal energy can be dissipated from the circuit carrier.
  • the control unit family includes at least two, three or more different power class ranges, each with at least one power class falling in each power class range of at least one variant of the control unit.
  • the performance class ranges can be defined application-specifically. There is preferably no overlapping of the same performance class values between the performance class ranges. It is possible that two, several or all defined performance class areas with their lowest and highest included performance classes are not directly connected. Accordingly, there can be a gap between two next-neighboring specified power class ranges of power classes that are otherwise not included in any specified power class range. The gap can be partially or fully covered at any time by specifying at least one new corresponding power class range.
  • variants of the control unit from two different performance class areas differ in their heat emission area in that the cooling capacity of the respective heat emission area is adapted to the respective defined performance class area. This is achieved by extending the heat dissipation range, starting from a lowest specified power class range to a highest specified power class range of the control unit family with an increasingly higher power class range, in each case by an additional new class of heat dissipation elements.
  • the heat dissipation capacity of the heat dissipation area of the respective performance class area is increased by the new class of heat dissipation elements compared to previous lower performance class areas.
  • Such a class comprises precisely one heat-emitting element or a plurality of heat-emitting elements which are identical or at least present in the same state of aggregation and are geometrically similar in design.
  • the included heat dissipation follows gabe elements the same heat dissipation principle, such as heat conduction, thermal radiation, natural or forced and / or evaporative cooling.
  • the classes can be differentiated by at least one other underlying heat dissipation principle.
  • different classes can follow the same/the same heat dissipation principle(s), but have heat dissipation elements in different physical states, different materials and/or with different geometries, with the aforementioned distinction also being made in their power densities.
  • the respective dissipation capacity of the known classes of heat dissipation elements that were already included can be used to advantage. This increases efficiency and reduces risk when defining new power class ranges.
  • the additional new class of heat dissipation elements of a next higher performance class range is not included in all preceding lower performance class ranges. Since the power densities of the newly added classes of heat dissipation elements differ many times over, a number of power class ranges can be defined which have different value ranges for the power classes covered. This means, for example, that performance class ranges can also be defined that do not build on each other in a linear manner, but instead show larger leaps in performance. In this way, control unit families can also be implemented that cover a very wide range of performance classes, in particular over several powers of ten.
  • the second housing element is metallic, in particular made of aluminum or an aluminum alloy. Due to the metallic design, a basic cooling capacity can be raised to a higher level with simple means right from the start. This means that generally higher performance class ranges can be built up.
  • the second housing element is an injection-molded part and the outer surface of the second housing element is designed as an at least essentially or completely mold surface on the injection-molding tool side.
  • the molding surface comprises, at least in regions, a one-piece molding of the heat-dissipating elements of the respective class/classes of heat dissipation elements contained in the performance class area.
  • the molding surface also includes a molding of at least one interface for connecting partial elements of the respective class/classes of heat dissipation elements contained in the performance class area.
  • the interface can in particular include fastening elements, sealing surfaces, receiving elements or other things in order to form the heat dissipation function of this class of heat dissipation elements in an active combination together with the sub-element mentioned.
  • the molding surface that encompasses the heating elements and/or interfaces of heating elements is designed in such a way that it can be completely shaped by demolding only one injection molding tool element in a demolding direction.
  • the formation and adaptation of variations to the respective performance class range is essentially reduced to the different impression surfaces to be carried out.
  • each new class of heat dissipation elements occupies a free local surface area of the shaping surface, which is not occupied by the class/classes of a preceding performance class range. In this way, the injection molding tool element associated with the molding surface can be designed in a particularly simple manner.
  • control device family is particularly preferred in which two or more variants of the control device belonging to the same performance class range have an identically designed heat dissipation area and/or an identically designed second housing element.
  • a particularly cost-effective control device family can thus be implemented, in particular by then repeated application of the heat dissipation solution of a power class range to a possibly large number of variants of the control device contained in the power class range.
  • the heat dissipation area in a power class range is formed exclusively or essentially by a flat outer surface of the second housing element as a first class of heat dissipation elements.
  • At least areas of the outer surface where there is local thermal coupling to the circuit carrier and/or to an electrical and/or electronic component of the circuit carrier can deviate from the plane in order to bridge gap distances to the circuit carrier and/or the electrical and/or electronic component depressions and/or protuberances can be provided in the direction of the existing gap.
  • control device family designed in this way that at least two variants of control devices of different performance classes within the first performance class range differ in the surface area of the outer surface of the second housing element, with the surface area increasing as the performance class increases.
  • an additional, differentiated adjustment option between performance classes within the same performance class range can be provided very easily. This makes particular sense if, within a performance class, the heat dissipation capacity of the respective heat emission area of the variants with the highest performance classes is not yet fully sufficient or if an additional safety buffer is to be added.
  • the heat dissipation area is formed or expanded by a heat dissipation structure protruding from the outer surface of the second housing element as a second class of heat dissipation elements.
  • the heat dissipation structure has, in particular, pegs, rib webs or other shaped elevations protruding from the outer surface, in particular in the form of a pattern arrangement.
  • the heat dissipation structures can be formed as pin fins.
  • Such heat dissipation structures can advantageously very easily be the most varied of forms can be depicted using inserts that can be used or exchanged within one injection molding tool element. Overall, this type of heat dissipation structure allows a multiplication of the heat-emitting surfaces within the heat-emitting area, in particular with regard to the essentially planar outer surface of a preceding performance class area as the corresponding heat-emitting area.
  • control device family designed in this way that at least two variants of control devices of different performance classes within the second performance class range differ in the structure size of the respective cooling structure.
  • the size of the structure increases with an increasing performance class in relation to the number of pegs, rib webs and/or other shaped elevations, for example pin fins, protruding from the outer surface and/or their size. Similar to the first performance class area, this option makes sense if within the second performance class area the cooling capacity of the respective heat emission area of the variants with the highest performance classes is not yet fully sufficient or should be increased with an additional safety buffer.
  • the heat dissipation area is provided as a third heat dissipation channel through a fluid that can flow through the outer surface of the second housing element Class formed or expanded by heat dissipation elements.
  • a cooling fluid for example cooling water
  • its cooling capacity can in turn be increased many times over for the next higher performance class range.
  • the heat dissipation duct is preferably formed from a duct housing that is shaped like a trough over at least one section, in particular as a plastic injection molded part, with the duct housing protruding from its open position in the region of its trough-like section.
  • NEN side is arranged sealingly on the outer surface of the second housing element to form a fully closed heat dissipation channel.
  • the heat dissipation channel is materially or mechanically connected to the second housing element, as a permanently fixed connection or as a detachable connection.
  • a correspondingly shaped interface is formed on the tool side in the outer surface.
  • the sealing surface runs complementary to the open side of the cooling channel.
  • a connecting element can also be formed, for example, which can be operatively connected to a corresponding connecting element arranged in a complementary manner on the heat dissipation duct in order to form the connection.
  • the heat dissipation duct thus generally forms a sub-element of the added new class of heat dissipation elements.
  • the heat dissipation channel has an inlet connector and an outlet connector for the cooling fluid, with both connectors then being formed in particular in one piece within the channel housing.
  • the design of the heat dissipation area can also be used unchanged for a variant of a preceding power range, for example the second power range described.
  • control device family designed in this way that at least two variants of control devices of different performance classes within the third performance class range differ in the flow cross section of the respective cooling duct, the flow cross section increasing with increasing performance class.
  • the heat dissipation area is provided by a cooling device arranged on the outer surface of the second housing element according to the principle of evaporative cooling, for example a heat pipe or a vapor chamber, designed or expanded as a fourth class of heat dissipation elements.
  • said cooling device is partially or fully embedded within the cast material of the second housing member.
  • the heat pipe or vapor chamber can be cast as an insert in the already mentioned injection molding tool element during an injection molding process in the area of the outer surface.
  • the cooling device also be embedded within the duct housing, in particular having a surface which enables direct contact with the fluid flowing through.
  • a heat dissipation area designed in this way can in turn be increased many times over in its heat dissipation compared to variants in previous performance class areas.
  • the invention also leads to a method for forming a control device family of a control device platform according to at least one of the previously described embodiments.
  • the method comprises the following method steps: a) Defining two, three or more different performance class ranges for the control unit family, with each performance class range being assigned at least one control unit with a performance class that falls within the performance class range, b) Defining classes of heat dissipation elements, based on a lowest power class range up to a highest power class range for adapting the respective heat dissipation range of a control unit within a power class range to the power class range, each increasingly higher power class range is assigned an additional new class of heat dissipation elements, through which the heat dissipation capacity of the heat dissipation area of the respective power class range is increased compared to previous lower power class ranges , c) designing at least one variant of the control device within the two, three or more defined power class ranges, in that the respective heat dissipation area is formed or expanded
  • the respective heat dissipation area is formed at least in regions by an injection molding tool, with the injection molding tool in the area of the heat dissipation area being designed to be adaptable in terms of its molding geometry, so that depending on the performance class area in method step c), the injection molding tool is used to mold the parts assigned to the respective performance class area Class/classes of heat dissipation elements and/or for molding an interface for connecting sub-elements of the respective performance class area associated class / classes of heat dissipation elements is adjusted.
  • the process has the same advantages as those mentioned above for the control unit family.
  • Fig. 1 an embodiment of a variant of a control unit
  • Fig. 2 an embodiment of a variant of a control unit
  • 3b an exemplary embodiment of a second variant of a control device in a higher performance class than the first variant from FIG. 3a, but still within the third performance class range of the control device family, in a sectional side view,
  • FIGS. 3a or 3b the first variant or second variant from FIGS. 3a or 3b with additionally formed depressions in the housing
  • Fig. 4 an embodiment of a variant of a control unit
  • 1, 2, 3a, 3b, 3c and 4 show different variants 11, 21, 31, 32, 41 of a control device 100 of an exemplary control device family 1234, in particular of a motor vehicle powered by a motor.
  • Each of these variants 11, 21, 31, 32, 41 is based on the same control unit platform.
  • a distinction is particularly evident in the respective performance class 100.1, 100.2, 100.3, 100.4, 100.x of the variants 11, 21, 31, 32, 41, for which the individual variant 11, 21, 31, 32, 41 is then specifically used can be brought.
  • the performance classes 100.1, 100.2, 100.3, 100.4, 100.x for example, form a series of ascending performance classes. Two, three or more performance class ranges 1, 2, 3, 4, which differ from one another, are defined for the control unit family 1234, for example four.
  • the specified power class ranges 1, 2, 3, 4 each define a size range for a lowest and a highest included power class 100.1, 100.2, 100.3, 100.4, 100.x.
  • the size range of all power class ranges 1, 2, 3, 4 is the same in each case, but can also be different in size for at least two power class ranges 1, 2, 3, 4.
  • the exemplary power class ranges 1, 2, 3, 4 with their respective size ranges follow one another in terms of value.
  • a defined performance class range 1, 2, 3, 4 comprises at least one variant 11, 21, 31, 32, 41 of a performance class 100.1, 100.2, 100.3, 100.4, 100.x falling within this performance class range 1, 2, 3, 4 in terms of value.
  • the control unit family 1234 has a variant 11 of the control unit 100 with the performance class 100.1 according to FIG.
  • all variants 11, 21, 31, 32, 41 of the control unit 100 of a control unit family 1234 have at least one housing 50, which in particular has a multi-part design.
  • a first housing element 51 and a second housing element 52 enclose a cavity 55 in the assembled state.
  • the housing 50, but at least the second housing element 52, is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • a circuit carrier 60 that is equipped with components to be cooled and is to be cooled is accommodated in the housing 50 .
  • the circuit carrier 60 has two main sides 61, 62, which each face inner surfaces 51.1 and 52.1 pointing inside the cavity 55.
  • a thermal system contact A is established at least indirectly between at least one of these inner surfaces 51.1, 52.1 and one of these main sides 61, 62.
  • a TIM material (thermal interface material) 59 is arranged between the bottom surface 52.1 and the main side 62 facing it or at least one electrical and/or electronic component 65 arranged on the main side 62 to form the thermal system contact A
  • Heat flow W from the assembled circuit carrier 60 or the one electrical and/or electronic component 65 to the second housing element 52 is made possible.
  • On the second housing element 52 on an outer surface 52.2 facing away from the housing bottom 52.1, a heat dissipation area 54 is formed, from which the heat is dissipated further.
  • the heat dissipation area 54 is determined by at least one specific class of heat dissipation elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4, through which the heat dissipation capacity of the heat dissipation area 54 is maximally defined.
  • Variants 11, 21, 31, 32, 41 of the control unit 100 from two different performance class areas 1, 2, 3, 4 differ in their respective trained heat emission area 54.
  • the distinction results from the fact that the cooling capacity of the respective heat emission area 54 to the for the variant 11, 21, 31, 32, 41 is adapted to the performance class area 1, 2, 3, 4 assigned to it by an additional new class of heat dissipation elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4, which increases the cooling capacity of the heat dissipation area 54 of the respective performance class area 1, 2, 3, 4 compared to previous lower performance class areas 1, 2, 3, 4, in particular by the multiple mentioned .
  • the differences in the exemplary control unit family 1234 are shown in FIGS. 1, 2, 3a, 3b, 3c, 4 explained below.
  • the first performance class range 1 shows a variant 11 of control device 100 with a performance class 100.1.
  • Variant 11 is assigned to a first specified performance class range 1 of the 1234 control unit family.
  • the first performance class range 1 is, for example, also the lowest defined performance class range 1.
  • the heat dissipation area 54 is designed here exclusively or essentially by a planar outer surface 52.2 of the second housing element 52. The heat can pass through the wall of the second housing element 52 to the flat outer surface 52.2 via heat conduction from the thermal system contact A. From there, the heat can be further dissipated by convection in the ambient air.
  • the flat outer surface thus forms a first class of heat dissipation elements 54.1 for this variant 11 and all possible other conceivable variants within the first performance class range 1. At least a second variant within the first performance class range 1 with a higher performance class than the illustrated variant 11 can still be enlarged in terms of the effective planar outer surface 52.2.
  • FIG. 2 shows a variant 21 of control unit 100 with a performance class 100.2.
  • Variant 21 is subject to a second specified performance class Realm 2 assigned to the control unit family 1234.
  • the second performance class area 2 for example, directly adjoins the lowest defined performance class area 1 with corresponding variants of higher performance classes 100.2.
  • the heat dissipation area 54 is expanded in comparison to FIG. 1 with an additional cooling structure 53.2.
  • the heat dissipation structure 53.2 is formed, for example, from protruding ribs and/or pins, for example in the form of pin fins.
  • the heat dissipation area 54's heat dissipation capacity is also significantly increased compared to FIG. 1, in particular by a multiple.
  • the heat can now also be dissipated via the outer surface of the heat dissipation structure 53.2 by means of radiation.
  • the heat dissipation structure 53.2 thus forms a new, second class of heat dissipation elements 54.2 for this variant 21 and all possible other conceivable variants within the second performance class range 2.
  • At least one second variant within the second performance class range 2 with a higher performance class than the variant 21 shown can still be enlarged in terms of the structure size of the heat dissipation structure 53.2. This can, for example, relate to the number of pins and/or their height or cross-section.
  • the cooling channel 53.3a has a channel housing 53.3c, preferably as a plastic injection molded part.
  • the channel housing 53.3c has a channel-like design at least over a section.
  • the open side present here is arranged in a sealing manner on the outer surface 52.2 of the second housing element 52, so that the cooling channel 53.3a is closed on all sides for a fluid 53.3b to flow through.
  • a sealing element 53.3d is arranged closed all the way round.
  • the sealing element 53.3d can be injected, for example, in the plastic injection-molded part of the duct housing.
  • a sealing surface 53.3e is formed in the outer surface 52.2. This can also be present as a groove-like indentation.
  • the sealing element 53.3d can also be inserted into the groove-like depression.
  • the heat dissipation duct 53.3a By means of the heat dissipation duct 53.3a, the heat dissipation capacity of the heat dissipation area 54 is significantly increased compared to the embodiments of FIGS. 1 and 2, in particular by a multiple.
  • the heat can now also be dissipated via the fluid 53.3b.
  • the heat dissipation channel 53.3a thus forms a new, third class of heat dissipation elements 54.3 for this first variant 31 and all possible other conceivable variants within the third performance class range 3.
  • the fluid 53.3b is fed via an inlet connector 53.3f to the heat dissipation channel 53.3a and removed from there again through an outlet connector 53.3g. Both sockets 53.3f, 53.3g are preferably formed in one piece in the duct housing 53.3c.
  • the sealing surface 53.3e and a fastening structure (not shown) for the duct housing 53.3c represent an interface S for the arrangement or connection of the duct housing 53.3c to the outer surface 52.2.
  • variant 32 shows a second variant 32 of control device 100 with a performance class 100.x. Like variant 31 described above, variant 32 is also assigned to the third defined performance class range 3 of the 1234 control unit family, but with a higher performance class 100.x.
  • the second variant 32 differs from the first variant 31 only in that the flow cross section Q formed in the channel housing 53.3c is larger than the flow cross section q in the first variant 31.
  • FIGS. 3a and 3b shows a modification of the first and/or second variant according to FIGS. 3a and 3b.
  • the outer surface 52.2 has local indentations V, so that the course of the surface deviates from a single surface plane at these local points.
  • the depressions V allow the gap spacing a to be adjusted with regard to the TI M material 59 .
  • Both the cooling structure 53.2 and the course of the channel housing 53.3c follow the outer surface 52.2 with the depressions V, so that the flow cross section q, Q is kept constant.
  • the heat dissipation area 54 has an additional cooling device based on the principle of evaporative cooling compared to the embodiments of FIGS. 1, 2, 3a and 3b
  • the cooling device 53.4 expanded, for example a heat pipe or a vapor chamber.
  • the cooling device 53.4 is injected, for example, within the plastic injection molded part of the duct housing 53.3c.
  • the cooling device 53.4 is arranged on the outer surface 52.2 or inside the second housing element 52, for example in the area of the cooling structure 53.2. At least one side of the cooling device 53.4 is preferably in direct contact with the fluid 53.3b.
  • the cooling capacity of the heat dissipation area 54 is significantly increased, in particular by a multiple, in comparison to the embodiments in FIGS. 1, 2, 3a, 3b.
  • the heat can now also be dissipated via the cooling device 53.4.
  • the cooling device 53.4 thus forms a new, fourth class of heat dissipation elements 54.4 for this variant 41 and all possible other conceivable variants within the fourth performance class range 4.
  • the second housing element 52 can be an injection molded part.
  • the outer surface 52.2 of the second housing element 52 can then be designed as an essentially mold-side molding surface, with the molding surface at least partially being a one-piece molding of the heat-dissipating elements 54.1, 54.2, 52.3,
  • the respective heat dissipation area 54 can then be specifically designed by adapting a jointly used injection molding tool.
  • the injection molding tool has adaptable elements, for example as interchangeable inserts, in order to appropriately reproduce its molding geometry in the heat dissipation area 54 .
  • a specific variant 11, 21, 31, 32, 41 of control device 100 is thus formed in that the injection molding tool is used to mold the class/classes of heat dissipating elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4 and/or assigned to the respective performance class range 1, 2, 3, 4. or for molding an interface S for connecting sub-elements 53.3c of the class/classes of heat dissipating elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4 assigned to the respective performance class area 1, 2, 3, 4.
  • heat dissipation elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4 In addition to the classes of heat dissipation elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4 shown by way of example, additional classes of heat dissipation elements can be contained in other control device families. Furthermore, individual or all classes presented here may deviate from this. Overall, more or fewer classes of heat dissipation elements 54.1, 54.2, 52.3, 54.4 can be provided.

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Abstract

Ausgegangen wird von einer Steuergerätefamilie einer Steuergeräteplattform mit zumindest zwei, drei, vier oder mehr Varianten von Steuergeräten unterschiedlicher Leistungsklasse. Die Varianten des Steuergerätes weisen mindestens ein erstes und zweites Gehäuseelement auf, welche im montiertem Zustand einen Hohlraum ausbilden. Innerhalb dieses Hohlraumes ist dann ein zu entwärmender bestückter Schaltungsträger einer jeweiligen Leistungsklasse aufgenommen. Der Schaltungsträger steht dabei zumindest bereichsweise mit einer seiner zwei Hauptseiten zumindest mittelbar mit einer dieser einen Hauptseite zugewandten Innenfläche des zweiten Gehäuseelementes im thermischen Anlagenkontakt. Ferner ist an einer dieser einen Hauptseite des Schaltungsträger abgewandten Außenfläche des zweiten Gehäuseelements ein Wärmeabgabebereich an eine die Außenfläche angrenzende Umgebung ausgebildet. Die Steuergerätefamilie umfasst mindestens zwei, drei oder mehr voneinander unterschiedliche Leistungsklassenbereiche mit jeweils zumindest einer in jedem Leistungsklassenbereich fallenden Leistungsklasse zumindest einer Variante des Steuergerätes. Dabei unterscheiden sich Varianten des Steuergerätes aus zwei unterschiedlichen Leistungsklassenbereichen in ihrem Wärmeabgabebereich darin, dass das Entwärmungsvermögen des jeweiligen Wärmeabgabebereichs an den jeweiligen festgelegten Leistungsklassenbereich angepasst ist. Dies ist dadurch realisiert, indem der Wärmeabgabebereich ausgehend vom einem niedrigsten festgelegten Leistungsklassenbereich bis zu einem höchsten festgelegten Leistungsklassenbereich der Steuergerätefamilie mit zunehmend höherem Leistungsklassenbereich jeweils durch eine zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelemente erweitert ist. Dabei ist durch die neue Klasse von Wärmeabgabeelemente das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs des jeweiligen Leistungsklassenbereichs gegenüber vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen erhöht.

Description

Beschreibung
Titel
Steuergerätefamilie
Die Erfindung betrifft eine Steuergerätefamilie sowie ein Verfahren zum Ausbilden der Steuergerätefamilie gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Elektrische Vorrichtungen umfassen elektrische und/oder elektrische Bauelemente, welche im Betrieb Verlustwärme entwickeln. Aufgrund der Verlustwärme stellt sich ggf. in Abhängigkeit des Betriebsmodus eine zeitstabile oder eine zeitvariable Betriebstemperatur für die elektrische Vorrichtung ein. Überschreitet die Betriebstemperatur aber kritische Temperaturwerte, kann dies zu Betriebsstörungen innerhalb der elektrischen Vorrichtung führen. Insbesondere können auch elektrische und/oder elektronische Bauelemente einen derartigen Schaden nehmen, dass ein Betrieb der elektrischen Vorrichtung nicht mehr möglich ist. Zur Absicherung werden elektrische Vorrichtung mittels definierten Entwärmungskonzepten auf eine sichere Betriebstemperatur hin ausgelegt. Je nach Leistungsklasse der elektrischen Vorrichtung können sich die Entwärmungskonzepte stark voneinander unterscheiden, so dass immer unterschiedliche Umsetzungen von elektrischen Vorrichtungen in Abhängigkeit der Leistungsklasse vorzusehen sind.
Insbesondere im Kraftfahrzeugsektor nehmen rechnerunterstützte Systeme in ihrer Anzahl zu, insbesondere in Form von hochgerüsteten Steuergeräten beziehungsweise in Form von zentralen Vehicle Computer Units (VCU).
Die steigende Rechenleistung geht mit einer steigenden thermischen Belastung der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente einher. Diesbezüglich werden entsprechende Entwärmungskonzepte entwickelt und/oder angepasst. Aufgrund zunehmend kürzerer Produktentwicklungszyklen und zunehmender Produktkomplexität ist es oft problematisch, dass zu Beginn der Produktneuentwicklung endgültige Spezifikation an die neuen Produkte noch gar nicht feststehen bzw. noch nicht bekannt sind. Dies beinhaltet Eigenschaften wie Bauraum, die Umgebungstemperatur, aber auch die thermische Verlustleistung. Darüber hinaus zielt eine Produktentwicklung zunehmend auf einer gemeinsamen Technologieplattform, von welcher aus durch Anpassungen, Änderungen und/oder Erweiterungen verschiedene Produktvarianten zur Abdeckung verschiedener Kundeninteressen berücksichtig und vorgesehen werden. Trotz gleicher technologischer Basis unterscheiden sich dann Produktvarianten der gleichen Technologieplattform stark voneinander, da eine einfache Skalierung aufgrund der variantenbezogenen Unterschiede nur schwer umzusetzen ist. Nachträgliche Varianten bedingen ggf. eine erneut neue Umsetzung, weil beispielsweise ein bestehendes Entwärmungskonzept für eine höhere Leistungsklasse der nachträglichen Variante nicht betriebssicher ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE10 2015 212 721 A1 ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Leistungshalbleiters bekannt. Die Kühlvorrichtung umfasst einen geschlossenen Hohlraum, welche über einen Eingang und einen Ausgang von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Zur Steigerung der Entwärmung weist die Kühlvorrichtung von einer den Hohlraum begrenzenden Innenfläche in den Hohlraum abstehende Zapfen auf. Der Leistungshalbleiter ist auf einer den Zapfen abgewandten Außenfläche der Kühlvorrichtung angeordnet.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 106 134 A1 zeigt ein Kühlsystem für ein gemeldetes Modul. Das Kühlsystem umfasst dabei ein mehrteiliges Kühlgehäuse mit einem Eingang und einen Ausgang für ein Kühlmedium. Innerhalb eines vom Kühlgehäuse gebildeten Hohlraums ist ein gemoldetes Modul aufgenommen. Dieses weist Kühlplatten auf, welche außen am Modul als von Mold freigelegte Bereiche ausgebildet sind. Eine dieser Modulseiten mit den Kühlplatten ist von einem Deckel als einem Gehäuseteil überdeckt unter Ausbildung eines Flüssigkeitshohlraums. Dieser ist vom Deckel gegenüber dem restlichen Modul abgedeckt. Zusätzlich umfasst der Deckel den Eingang und Ausgang fürs Kühlmedium. Im Kühlbetrieb werden die Kühlplatten der einen Modulseite innerhalb des Flüssigkeitshohlraumes von durchströmender Kühlflüssigkeit entwärmt. Das mehrteilige Gehäuse kann metallisch oder aus einem Kunststoffmaterial ausgeführt sein. Die Offenlegungsschrift DE 199 11 205 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente. Innerhalb eines von zwei Gehäuseelementen der Kühlvorrichtung gebildeten Hohlraums ist zur Vergrößerung einer Wärmeübertragungsfläche ein gewelltes Blech als Kühlrippen angeordnet, welches auf einem elastischen Element aufliegt und dadurch gegen eines der Gehäuseelemente unter Vorspannung gepresst wird. Der Hohlraum ist über einen Eingang und einen Ausgang von einer Kühlflüssigkeit durchströmt. Das elastische Element ist in Anlagenkontakt mit einem der Gehäuseelemente aus Metall. Das andere Gehäuseelement ist dagegen aus Kunststoff vorgesehen. Dieses weist auf einer den Kühlrippen abgewandten Seite eine Vertiefung auf, in der die elektronischen Bauelemente aufgenommen werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Variantenbildung bzw. - erweiterung innerhalb einer Steuergerätefamilie der gleichen Steuergeräteplattform einfach und kostengünstig zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuergerätefamilie sowie ein Verfahren zum Ausbilden der Steuergerätefamilie gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ausgegangen wird von einer Steuergerätefamilie einer Steuergeräteplattform mit zumindest zwei, drei, vier oder mehr Varianten von Steuergeräten unterschiedlicher Leistungsklasse. Eine geforderte Leistungsklasse ist insbesondere und im Wesentlichen durch entsprechende im jeweiligen Steuergerät vorgesehene Leistungsbauelemente erreicht. Mit höherer Leistungsklasse ist in der Regel eine höhere Wärmeentwicklung im Betrieb verbunden. Insofern ist mit höherer Leistungsklasse auch ein Bedarf an einer stärkeren Entwärmung für den Betrieb verbunden. Die Varianten des Steuergerätes weisen mindestens ein erstes und zweites Gehäuseelement auf, welche im montierten Zustand einen Hohlraum ausbilden. Innerhalb dieses Hohlraumes ist dann ein zu entwärmender bestückter Schaltungsträger einer jeweiligen Leistungsklasse aufgenommen. Der Schaltungsträger steht dabei zumindest bereichsweise mit einer seiner zwei Hauptseiten zumindest mittelbar mit einer dieser einen Hauptseite zugewandten Innenfläche des zweiten Gehäuseelementes im thermischen Anlagenkontakt. Beispielsweise ist zwischen dem zweiten Gehäuseelement und dem Schaltungsträger insbesondere jeweils direkt angrenzend ein TI M-Material (Thermal Interface Material) angeordnet. Das TI M-Material kann dabei direkt auf eine Schaltungsträgerseite angekoppelt sein oder direkt auf ein zu entwärmendes elektronisches und/oder elektrisches Bauelement, beispielsweise einem Leistungshalbleiter, insbesondere einem Chip. Mittels dem thermischen Anlagenkontakt ist ein Wärmefluss bzw. Wärmeaustausch mit dem zweiten Gehäuseelement ermöglicht. Ferner ist an einer dieser einen Hauptseite des Schaltungsträger abgewandten Außenfläche des zweiten Gehäuseelements ein Wärmeabgabebereich an eine die Außenfläche angrenzende Umgebung ausgebildet. Auf diese Weise kann Wärmeenergie von dem Schaltungsträger abgeführt werden. Die Steuergerätefamilie umfasst mindestens zwei, drei oder mehr voneinander unterschiedliche Leistungsklassenbereiche mit jeweils zumindest einer in jedem Leistungsklassenbereich fallenden Leistungsklasse zumindest einer Variante des Steuergerätes. Die Leistungsklassenbereiche können anwendungsspezifisch festgelegt werden. Zwischen den Leistungsklassenbereichen gibt es bevorzugt keine Überlappungen von gleichen Leistungsklassenwerten. Möglich ist es, dass zwei, mehrere oder alle festgelegten Leistungsklassenbereich mit ihren niedrigsten und höchsten umfassten Leistungsklassen nicht direkt aneinander anschließen. Zwischen zwei nächstbenachbarten festgelegten Leistungsklassenbereichen kann demnach eine Lücke von ansonsten in keinem festgelegten Leistungsklassenbereich umfassten Leistungsklassen bestehen. Die Lücke kann jederzeit teilweise oder vollständig durch Festlegung zumindest eines neuen entsprechenden Leistungsklassenbereichs abgedeckt werden. Dabei unterscheiden sich Varianten des Steuergerätes aus zwei unterschiedlichen Leistungsklassenbereichen in ihrem Wärmeabgabebereich darin, dass das Entwärmungsvermögen des jeweiligen Wärmeabgabebereichs an den jeweiligen festgelegten Leistungsklassenbereich angepasst ist. Dies ist dadurch realisiert, indem der Wärmeabgabebereich ausgehend vom einem niedrigsten festgelegten Leistungsklassenbereich bis zu einem höchsten festgelegten Leistungsklassenbereich der Steuergerätefamilie mit zunehmend höherem Leistungsklassenbereich jeweils durch eine zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelemente erweitert ist. Dabei ist durch die neue Klasse von Wärmeabgabeelemente das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs des jeweiligen Leistungsklassenbereichs gegenüber vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen erhöht. Eine solche Klasse umfasst genau ein Wärmeabgabeelement oder mehrere gleiche oder zumindest im gleichen Aggregatszustand vorliegende und geometrisch gleichartig ausgebildete Wärmeabgabeelemente. Innerhalb einer Klasse folgen die umfassten Wärmeab- gabeelementen dem gleichen Entwärmungsprinzip, beispielsweise der Wärmeleitung, der Wärmestrahlung, der natürlichen oder erzwungenen und/oder der Siedekühlung. Bevorzugt unterscheiden sich Klassen von Wärmeabgabeelementen insbesondere durch ihre unterschiedlichen Leistungsdichten, wobei eine neue Klasse von Wärmeabgabeelementen bei einem nächst höheren festgelegten Leistungsklassenbereich eine um den Faktor x>=2, insbesondere um den Faktor x>=5, bevorzugt um den Faktor x>=10, beispielsweise um den Faktor x>=20 höhere Leistungsdichte aufweist, als alle in dem vorausgehenden festgelegten Leistungsklassenbereich umfassten Klassen von Wärmeabgabeelemente. Weiter bevorzugt kann zusätzlich oder alternativ eine Unterscheidung der Klassen durch zumindest ein anderes zugrundeliegendes Entwärmungsprinzip gegeben sein. Alternativ können unterschiedliche Klassen zwar dem/den gleichem/gleichen Entwärmungsprinzip/-ien folgen, weisen jedoch Wärmeabgabeelement in unterschiedlichem Aggregatszustand, unterschiedlichem Material und/oder mit andersartiger Geometrie auf, wobei zusätzlich auch die zuvor genannte Unterscheidung in ihren Leistungsdichten besteht.
Vorteilhaft ist auf diese Weise eine einfache Variantenbildung von Steuergeräten innerhalb einer gleichen Steuergeräteplattform ermöglicht, bei welcher eine jeweilige Skalierung des Entwärmungsvermögens in Abhängigkeit des festgelegten Leistungsklassenbereichs für die entsprechende Variante des Steuergerätes realisiert ist. Die Variante kann auf diese Weise in einem definierten Temperaturbereich sicher betrieben werden. Da für einen Leistungsklassenbereich das Ent- wärmungsvermögen damit klar umfasst ist, ist eine möglichst kostengünstige Entwärmungslösung umsetzbar, welche trotz ggf. vieler Varianten lediglich die Spezifikation innerhalb des zugeordneten Leistungsklassenbereichs erfüllen muss. Damit ist die Komplexität vieler Spezifikationsanforderungen aller Varianten auf die Ebene der Leistungsklassenbereiche entzerrt bzw. vereinfacht. Ferner kann bei der Festlegung einer neuen Variante, beispielsweise aufgrund neuer Kundenanforderungen, oder allgemein bei kurzfristiger Festlegung von Kundenvorgaben durch eine Zuordnung der Variante in einen entsprechend fallenden Leistungsklassenbereich eine für den Leistungsklassenbereich innerhalb der Steuergerätefamilie existierenden Entwärmungslösung zurückgegriffen werden. Vorteilhaft können damit Testvorgaben entfallen, die bei neuen Entwärmungs- konzepten ein eventuell vorliegendes Risiko ausschließen sollen. Ebenso können in einfacher Weise neue Leistungsklassenbereiche für Varianten erschlossen bzw. festgelegt werden. Der neue Leistungsklassenbereich kann bereits auf Er- fahrungen der Entwärmungslösungen den vorausgehenden Leistungsklassenbereichen aufsetzen. Insbesondere auf Grundlage der Erweiterung der Entwärmungslösungen durch eine neue Klasse von Wärmeabgabeelemente für den nächst höheren Leistungsklassenbereich können das jeweilige Entwärmungs- vermögen der bekannten, bereits zuvor enthaltenen Klassen von Wärmeabgabeelemente vorteilhaft genutzt werden. Dies erhöht die Effizienz und reduziert das Risiko bei der Festlegung neuer Leistungsklassenbereiche.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steuergerätefamilie ist die zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelemente eines nächst höheren Leistungsklassenbereiches in allen vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen nicht enthalten. Indem sich die Leistungsdichten der jeweils neu hinzugenommenen Klassen von Wärmeabgabeelementen um ein Vielfaches unterscheiden, können mehrere Leistungsklassenbereiche festgelegt werden, welche unterschiedlich große Wertebereich von umfassten Leistungsklassen aufweisen. Damit lassen sich zum Beispiel auch Leistungsklassenbereiche festlegen, die nicht linear aufeinander aufbauen, sondern gleich größere Leistungssprünge aufweisen. Auf diese Weise können auch Steuergerätefamilien realisiert werden, die ein sehr breites Spektrum von Leistungsklassenbereichen abdecken, insbesondere über mehrere Zehnerpotenzen hinweg.
In einer besonders günstigen Ausführungsform der Steuergerätefamilie ist das zweite Gehäuseelement metallisch, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Durch die metallische Ausführung kann ein Grundentwär- mungsvermögen mit einfachen Mittel bereits von Anfang an auf ein höheres Level gehoben werden. Damit lassen sich allgemein höhere Leistungsklassenbereiche aufbauen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuergerätefamilie ist das zweite Gehäuseelement ein Spritzgussteil und die Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes ist als eine zumindest im Wesentlichen oder vollständig spritzgusswerkzeugseitige Abformungsfläche ausgebildet. Dabei umfasst die Abformungsfläche zumindest bereichsweise eine einstückige Abformung der Wärmabgabe- elemente der jeweiligen im Leistungsklassenbereich enthaltenen Klasse/Klassen von Wärmabgabeelemente. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Abformungsfläche auch eine Abformung zumindest einer Schnittstelle zur Anbindung von Teilelementen der jeweiligen im Leistungsklassenbereich enthaltenen Klasse/Klassen von Wärmabgabeelemente. Die Schnittstelle kann hierbei insbesondere Befestigungselemente, Dichtungsflächen, Aufnahmeelemente oder Anderes umfassen, um zusammen mit den genannten Teilelement die Entwärmungsfunk- tion dieser Klasse von Wärmeabgabeelemente im Wirkverbund auszubilden. Insbesondere ist die so die Wärmeelemente und/oder Schnittstellen von Wärmeelemente umfassende Abformungsfläche dazu ausgebildet, dass sie durch Entformung nur eines Spritzgusswerkzeugelementes in eine Entformungsrichtung vollständig ausformbar ist. Vorteilhaft ist damit die Variationsbildung und - anpassung auf den jeweiligen Leistungsklassenbereich im Wesentlichen auf die verschieden auszuführende Abformungsfläche reduziert. Damit ist technisch eine kostengünstige Möglichkeit gegeben, beispielsweise mit Wechseleinsätzen, Stifteinsätzen und/oder Schieber nur innerhalb eines der Spritzgusswerkzeugelemente die erforderliche Ausformfläche für einen festgelegten Leistungsklassenbereich definiert auszuformen. Weiter bevorzugt belegt jede neue Klasse von Wärmeabgabeelementen einen freien lokalen Flächenbereich der Ausformungsfläche, welcher von der/den Klasse/Klassen eines vorausgehenden Leistungsklassenbereiches nicht besetzt ist. Damit kann das der Abformungsfläche zugeordnete Spritzgusswerkzeugelement besonders einfach ausgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Steuergerätefamilie, bei welcher zwei oder mehr einem gleichen Leistungsklassenbereich zugehörige Varianten des Steuergerätes einen identisch ausgebildeten Entwärmungsbereich und/oder ein identisch ausgebildetes zweites Gehäuseelement aufweisen. Damit ist eine besonders kostengünstige Steuergerätefamilie realisierbar, insbesondere durch eine dann wiederholte Anwendung der Entwärmungslösung eines Leistungsklassenbereiches auf eine ggf. große Anzahl von im Leistungsklassenbereich enthaltenen Varianten des Steuergerätes.
In einer Weiterbildung der Steuergerätefamilie ist in einem Leistungsklassenbereich der Wärmeabgabebereich ausschließlich oder im Wesentlichen durch eine ebene Außenfläche des zweiten Gehäuseelements als eine erste Klasse von Wärmeabgabeelemente ausgebildet. Insbesondere ist ein derart strukturell vorliegender Wärmeabgabebereich in einem ersten Leistungsklassenbereich der Steuergerätefamilie ausgebildet, d.h. innerhalb von Varianten des Steuergerätes im niedrigsten Leistungsklassenbereich der Steuergerätefamilie. Von der Ebene abweichen können zumindest Bereiche der Außenfläche, an welchen eine lokale thermische Ankopplung an den Schaltungsträger und/oder an ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement des Schaltungsträgers erfolgt Zur Überbrückung von Spaltabständen zu dem Schaltungsträger und/oder dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement können Vertiefungen und/oder Ausstülpung in Richtung des vorliegenden Spaltes vorgesehen sein. Durch eine zumindest im Wesentlichen ebene Ausformungsfläche können Varianten des Steuergerätes im niedrigsten Leistungsklassenbereich sehr einfach und kompakt gehalten werden. Ferner bietet eine ebene Ausformungsfläche eine günstige Ausgangsposition dafür, den Entwärmungsbereich mit dann neuen zusätzlichen Klassen von Wärmeabgabeelementen für nächst höhere Leistungsklassenbereich zu erweitern.
Optional ist für die so beschriebene ausgebildete Steuergerätefamilie ermöglicht, dass mindestens zwei Varianten von Steuergeräten unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb des ersten Leistungsklassenbereiches sich in der Flächengröße der Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes unterscheiden, wobei die Flächengröße mit zunehmender Leistungsklasse vergrößert ist. Auf diese Weise ist bei Bedarf sehr einfach eine zusätzliche differenzierte Anpassungsmöglichkeit zwischen Leistungsklassen innerhalb des gleichen Leistungsklassenbereiches vorzusehen. Dies macht insbesondere Sinn, wenn innerhalb eines Leistungsklassenbereichs das Entwärmungsvermögen des jeweiligen Wärmeabgabebereichs der enthaltenen Varianten mit den höchsten Leistungsklassen noch nicht vollständig ausreicht oder mit einem zusätzlichen Sicherheitspuffer aufgestockt werden soll.
In einer vorteilhaften weitergebildeten Ausführungsform der Steuergerätefamilie ist in einem weiteren Leistungsklassenbereich, insbesondere ein auf den ersten unmittelbar folgenden größeren zweiten Leistungsklassenbereich der Steuergerätefamilie, der Wärmeabgabebereich durch eine von der Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes abstehende Entwärmungsstruktur als eine zweite Klasse von Wärmeabgabeelemente ausgebildet bzw. erweitert. Die Entwärmungsstruktur weist insbesondere von der Außenfläche abstehende Zapfen, Rippenstege oder andersförmige Erhebungen, insbesondere in Form einer Musteranordnung auf. Beispielsweise können die Entwärmungsstrukturen als Pinfins ausgeformt sein. Derartige Entwärmungsstrukturen können vorteilhaft sehr einfach in ver- schiedenster Form über einsetzbare bzw. austauschbare Einsätze innerhalb des einen Spritzgusswerkzeugelementes abgebildet werden. Insgesamt ermöglichen diese Art von Entwärmungsstrukturen eine Vervielfachung der Wärme abgebenden Flächen innerhalb des Wärmeabgabebereichs, insbesondere in Hinblick auf die im Wesentlichen eben ausgebildete Außenfläche eines vorausgehenden Leistungsklassenbereichs als dem entsprechenden Wärmeabgabebereich.
Optional ist für die so beschriebene ausgebildete Steuergerätefamilie ermöglicht, dass mindestens zwei Varianten von Steuergeräten unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb des zweiten Leistungsklassenbereiches sich in der Strukturgröße der jeweiligen Entwärmungsstruktur unterscheiden. Dabei ist die Strukturgröße mit zunehmender Leistungsklasse in Bezug auf die Anzahl ihrer von der Außenfläche abstehenden Zapfen, Rippenstege und/oder andersförmigen Erhebungen, beispielsweise Pinfins, und/oder deren Größe vergrößert. Ähnlich wie beim ersten Leistungsklassenbereich ist diese Option sinnhaft, wenn innerhalb des zweiten Leistungsklassenbereichs das Entwärmungsvermögen des jeweiligen Wärmeabgabebereichs der enthaltenen Varianten mit den höchsten Leistungsklassen noch nicht vollständig ausreicht oder mit einem zusätzlichen Sicherheitspuffer aufgestockt werden soll.
In einer vorteilhaften weitergebildeten Ausführungsform der Steuergerätefamilie ist in einem weiteren Leistungsklassenbereich, insbesondere ein auf den ersten und/oder den zweiten unmittelbar folgenden größeren dritten Leistungsklassenbereich, der Wärmeabgabebereich durch einen die Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes unmittelbar mitenthaltenden Fluid du rchström baren Entwär- mungskanal als eine dritte Klasse von Wärmeabgabeelemente ausgebildet bzw. erweitert. Dabei bildet bereichsweise oder die ganze Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes eine Teilfläche des Entwärmungskanals aus. Vorteilhaft kann die bekannte Ausführung des Wärmeabgabereichs vorausgehender Leistungsklassenbereichen im Wesentlichen identisch weitergenutzt werden. Durch Vorsehen eines Kühlfluids, beispielsweise einem Kühlwasser, welches durch den Ent- wärmungskanal auch über diesen Entwärmungsbereich hinweg strömt, kann dessen Entwärmungsvermögen wiederrum um ein Vielfaches für den nächst höheren Leistungsklassenbereich vergrößert werden. Dabei ist der Entwärmungs- kanal bevorzugt gebildet aus einem zumindest über einen Abschnitt rinnenartig ausgeformten Kanalgehäuse, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, wobei das Kanalgehäuse im Bereich seines rinnenartigen Abschnittes von seiner offe- nen Seite her dichtend auf die Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes angeordnet ist unter Ausbildung eines allseitig geschlossenen Entwärmungskanals. Der Entwärmungskanal ist dabei mit dem zweiten Gehäuseelement stofflich oder mechanisch verbunden, als dauerhaft feste Verbindung oder als lösbare Verbindung. Für die Verbindung und/oder als Dichtfläche ist in der Außenfläche eine entsprechend geformte Schnittstelle werkzeugseitig ausgeformt Die Dichtfläche verläuft dabei komplementär zur offenen Seite des Entwärmungskanals. Ferner kann beispielsweise auch ein Verbindungselement mit ausgeformt werden, welches mit einem entsprechenden komplementär am Entwärmungskanals angeordneten Verbindungselement zur Ausbildung der Verbindung wirkverbunden werden kann. Der Entwärmungskanal bildet damit allgemein ein Teilelement der hinzugefügten neuen Klasse von Entwärmungselemente. Weiter bevorzugt weist der Entwärmungskanal einen Zulaufstutzen und einen Ablaufstutzen für das Kühlfluid auf, wobei beide Stutzen dann innerhalb des Kanalgehäuses insbesondere einstückig ausgebildet sind. In einfacher Form kann dann ohne den Entwärmungskanal die Ausführung des Wärmeabgabebereichs auch unverändert für eine Variante eines vorausgehenden Leistungsbereiches genutzt werden, beispielsweise dem beschriebenen zweiten Leistungsbereich.
Optional ist für die so beschriebene ausgebildete Steuergerätefamilie ermöglicht, dass mindestens zwei Varianten von Steuergeräten unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb des dritten Leistungsklassenbereiches sich im Strömungsquerschnitt des jeweiligen Entwärmungskanals unterscheiden, wobei der Strömungsquerschnitt mit zunehmender Leistungsklasse vergrößert ist.
In einer vorteilhaften weitergebildeten Ausführungsform der Steuergerätefamilie ist in einem weiteren Leistungsklassenbereich, insbesondere ein auf den ersten, zweiten und dritten unmittelbar folgenden größeren vierten Leistungsklassenbereich der Steuergerätefamilie, der Wärmeabgabebereich durch eine auf der Außenfläche des zweiten Gehäuseelementes angeordneten Kühlvorrichtung nach Prinzip der Siedekühlung, beispielsweise eine Heatpipe oder eine vapour chamber, als eine vierte Klasse von Wärmeabgabeelemente ausgebildet bzw. erweitert. Alternativ ist die genannte Kühlvorrichtung teilweise oder vollständig innerhalb des Gussmaterials des zweiten Gehäuseelementes eingebettet. Die Heat- pipe oder vapour chamber kann als Einlegeteil in dem bereits erwähnten Spritzgusswerkzeugelementes während eines Spritzgussprozesses im Bereich der Außenfläche mit eingegossen werden. Alternativ kann die Kühlvorrichtung auch innerhalb des Kanalgehäuses eingebettet sein, insbesondere eine Fläche aufweisend, welche eine direkte Berührung zum durchströmenden Fluid ermöglicht Vorteilhaft kann ein derart ausgebildeter Wärmeabgabebereich wiederrum in seinem Entwärmungsvermögen um ein Vielfaches vergrößert werden gegenüber Varianten in vorausgehenden Leistungsklassenbereichen.
Die Erfindung führt auch zu einem Verfahren zum Ausbilden einer Steuergerätefamilie einer Steuergeräteplattform nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst dabei nachfolgende Verfahrensschritte: a) Festlegen von zwei, drei oder mehr voneinander unterschiedlichen Leistungsklassenbereiche für die Steuergerätefamilie, wobei jedem Leistungsklassenbereich zumindest ein Steuergerät mit einer in den Leistungsklassenbereich fallender Leistungsklasse zugeordnet wird, b) Festlegen von Klassen von Wärmeabgabeelemente, wobei ausgehend von einem niedrigsten Leistungsklassenbereich bis zu einem höchsten Leistungsklassenbereich zur Anpassung des jeweiligen Entwärmungsbereiches eines Steuergerätes innerhalb eines Leistungsklassenbereichs an den Leistungsklassenbereich jedem zunehmend höheren Leistungsklassenbereich jeweils eine zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelementen zugeordnet wird, durch welche das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs des jeweiligen Leistungsklassenbereiches gegenüber vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen erhöht wird, c) Ausbilden jeweils zumindest einer Variante des Steuergerätes innerhalb der zwei, drei oder mehr festgelegten Leistungsklassenbereiche, indem der jeweilige Entwärmungsbereich mit der/den jeweils dem Leistungsklassenbereich zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente ausgebildet bzw. erweitert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der jeweilige Entwärmungsbereich durch ein Spritzgusswerkzeug zumindest bereichsweise ausgebildet, wobei das Spritzgusswerkzeug im Bereich des Entwärmungsbereiches in seiner Abformungsgeometrie adaptierbar ausgeführt wird, so dass in Abhängigkeit des Leistungsklassenbereichs im Verfahrensschritt c) das Spritzgusswerkzeug zur Abformung der dem jeweiligen Leistungsklassenbereich zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente und/oder zur Abformung einer Schnittstelle zur Anbindung von Teilelementen der dem jeweiligen Leistungs- klassenbereich zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente angepasst wird.
Dem Verfahren sind die gleichen Vorteile zuzuordnen, wie sie bereits für die Steuergerätefamilie zuvor genannt wurden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig. 1 : ein Ausführungsbeispiel einer Variante eines Steuergerätes einer
Leistungsklasse innerhalb eines ersten festgelegten Leistungsklassenbereichs einer Steuergerätefamilie in einer geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel einer Variante eines Steuergerätes einer
Leistungsklasse innerhalb eines zweiten festgelegten Leistungsklassenbereichs einer Steuergerätefamilie in einer geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 3a: ein Ausführungsbeispiel einer ersten Variante eines Steuergerätes einer Leistungsklasse innerhalb eines dritten Leistungsklassenbereichs einer Steuergerätefamilie in einer geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 3b: ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Variante eines Steuergerätes einer höheren Leistungsklasse als die erste Variante aus der Fig. 3a, aber immer noch innerhalb des dritten Leistungsklassenbereichs der Steuergerätefamilie in einer geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 3c: die erste Variante oder zweite Variante aus den Fig. 3a oder 3b mit zusätzlich ausgebildeten Vertiefungen im Gehäuse,
Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel einer Variante eines Steuergerätes einer
Leistungsklasse innerhalb eines vierten festgelegten Leistungsklassenbereichs einer Steuergerätefamilie in einer geschnittenen Seitenansicht. Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
Die Fig. 1 , 2, 3a, 3b, 3c und 4 zeigen unterschiedliche Varianten 11 , 21 , 31 , 32, 41 eines Steuergerätes 100 einer beispielhaften Steuergerätefamilie 1234, insbesondere eines Kraft betriebenen Kraftfahrzeugs. Jede dieser Varianten 11 , 21 , 31 , 32, 41 basiert dabei auf der gleichen Steuergeräteplattform. Eine Unterscheidung zeigt sich insbesondere in der jeweiligen Leistungsklasse 100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x der Varianten 11 , 21 , 31 , 32, 41 , für die die einzelne Variante 11 , 21 , 31 , 32, 41 dann spezifisch zur Anwendung gebracht werden kann. Die Leistungsklassen 100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x bilden beispielsweise eine Reihe von aufsteigenden Leistungsklassen. Für die Steuergerätefamilie 1234 werden zwei, drei oder mehr voneinander unterschiedliche Leistungsklassenbereiche 1 , 2, 3, 4 festgelegt, beispielsweise vier. Die festgelegten Leistungsklassenbereiche 1 , 2, 3, 4 definieren jeweils einen Größenbereich für eine niedrigste und eine höchste enthaltene Leistungsklasse 100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x. Der Größenbereich aller Leistungsklassenbereiche 1 , 2, 3, 4 ist jeweils gleich groß, kann aber auch für mindestens zwei Leistungsklassenbereiche 1 , 2, 3, 4 unterschiedlich groß sein. In der vorliegenden beispielhaften Steuergerätefamilie 1234 schließen die beispielhaften Leistungsklassenbereiche 1 , 2, 3, 4 mit ihren jeweiligen Größenbereichen wertemäßig aneinander an. Es können alternativ aber auch Lücken zwischen mindestens zwei Leistungsklassenbereiche 1 , 2, 3, 4 enthalten sein, so dass bestimmte Werte von Leistungsklassen 100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x für eine Steuergerätefamilie 1234 unberücksichtigt bleiben, d.h. diese nicht als Varianten eines Steuergerätes 100 enthält. Ein festgelegter Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3, 4 umfasst dabei wenigsten eine Variante 11 , 21 , 31 , 32, 41 einer wertemäßig in diesen Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3, 4 fallende Leistungsklasse 100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x. Nur zur Veranschaulichung weist die Steuergerätefamilie 1234 in einem ersten Leistungsklassenbereich 1 eine Variante 11 des Steuergerätes 100 mit der Leistungsklasse 100.1 gemäß Fig. 1 auf, in einem zweiten Leistungsklassenbereich 2 eine Variante 21 des Steuergerätes 100 mit der Leistungsklasse 100.2 gemäß Fig. 2, in einem dritten Leistungsklassenbereich 3 zwei Varianten 31 , 32 von Steuergeräten 100 mit den Leistungsklassen 100.3 und 100.x gemäß den Fig. 3a und 3b sowie in einem vierten Leistungsklassenbereich 4 eine Variante 41 des Steuergerätes 100 mit der Leistungsklasse 100.4 gemäß der Fig. 4. Davon abweichend kann in anderen Steuergerätefamilien eine andere Anzahl von Leistungsklassenbereichen festgelegt sein, mit einer unterschiedlichen Anzahl von Leistungsklassen sowie mit anderen Wertegrößen von Leistungsklassen, die dann jeweils einem festgelegten Leistungsklassenbereich zugeordnet sind.
Alle Varianten 11 , 21 , 31 , 32, 41 des Steuergerätes 100 einer Steuergerätefamilie 1234 weisen gemäß den Fig. 1 , 2, 3a, 3b, 3c, 4 mindestens ein Gehäuse 50 auf, welches insbesondere mehrteilig ausgeführt ist. Beispielsweise umschließen ein erstes Gehäuseelement 51 und ein zweites Gehäuseelement 52 im zusammengebauten Zustand einen Hohlraum 55. Das zweite Gehäuseelement 52 ist beispielsweise als ein Gehäuseboden 52 ausgeführt, welcher von einem Deckel 51 insbesondere dichtend verschlossen ist. Das Gehäuse 50, zumindest aber das zweite Gehäuseelement 52, ist bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In dem Gehäuse 50 ist ein zu entwärmende bestückter Schaltungsträger 60 aufgenommen. Der Schaltungsträger 60 weist zwei Hauptseiten 61 , 62 auf, welche jeweils innerhalb des Hohlraums 55 weisenden Innenflächen 51.1 und 52.1 zugewandt sind. Zwischen mindestens einer dieser Innenflächen 51.1 , 52.1 und einer dieser Hauptseiten 61 , 62 ist zumindest mittelbar ein thermischer Anlagenkontakt A hergestellt. So ist beispielsweise zwischen der Bodenfläche 52.1 und der dieser zugewandten Hauptseite 62 oder zumindest einem auf der Hauptseite 62 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelement 65 ein TIM -Mate rial (Thermal Interface Material) 59 angeordnet zur Ausbildung des thermischen Anlagenkontaktes A. Damit ist ein Wärmefluss W von dem bestückten Schaltungsträger 60 bzw. dem einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelement 65 auf das zweite Gehäuseelement 52 ermöglicht. Am zweiten Gehäuseelement 52 ist dabei auf einer dem Gehäuseboden 52.1 abgewandten Außenfläche 52.2 ein Wärmeabgabebereich 54 ausgebildet, von dem die Wärme weiter abgeführt wird. Der Wärmeabgabebereich 54 ist über zumindest eine bestimmte Klasse von Wärmeabgabeelementen 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 bestimmt, durch welche das Entwärmungsvermögen des Entwärmungsbereiches 54 maximal festgelegt ist. Jede der Klassen von Wärmeabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 unterscheidet sich insbesondere durch deren Leistungsdichte zueinander, wobei Leistungsdichten von nächst benachbarten Klassen 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 mit wertmäßig aufsteigender Leistungsdichte sich um ein Vielfaches unterscheiden können, insbesondere um einen Faktor x>=2, insbesondere um einen Faktor x>=5, bevorzugt um einen Faktor x>=10, beispielsweise um einen Faktor x>=20.
Varianten 11 , 21 , 31 , 32, 41 des Steuergerätes 100 aus zwei unterschiedlichen Leistungsklassenbereichen 1 , 2, 3, 4 unterscheiden sich dabei in ihrem jeweils ausgebildeten Wärmeabgabebereich 54. Die Unterscheidung ergibt sich dadurch, dass das Entwärmungsvermögen des jeweiligen Wärmeabgabebereichs 54 an den für die Variante 11 , 21 , 31 , 32, 41 zugeordneten Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3, 4 angepasst ist Mit zunehmend höherem Leistungsklassenbereich 1 ,2, 3, 4 ist jede darin jeweils wertemäßig fallende Variante 11 , 21 , 31 , 32, 41 jeweils durch eine zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 erweitert, welche das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs 54 des jeweiligen Leistungsklassenbereichs 1 , 2, 3, 4 gegenüber vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen 1 , 2, 3, 4 erhöht, insbesondere um das genannte Vielfache. In den nachfolgend erläuterten Fig. 1 , 2, 3a, 3b, 3c, 4 sind die Unterschiede an der beispielhaften Steuergerätefamilie 1234 gezeigt.
Die Fig. 1 zeigt dabei eine Variante 11 des Steuergerätes 100 mit einer Leistungsklasse 100.1. Die Variante 11 ist einem ersten festgelegten Leistungsklassenbereich 1 der Steuergerätefamilie 1234 zugeordnet. Der erste Leistungsklassenbereich 1 ist beispielsweise auch der niedrigste festgelegte Leistungsklassenbereich 1. Der Wärmeabgabebereich 54 ist hier ausschließlich oder im Wesentlichen durch eine eben ausgebildete Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelements 52 ausgeführt. Die Wärme kann dabei über eine Wärmeleitung von dem thermischen Anlagenkontakt A durch die Wandung des zweiten Gehäuseelementes 52 hindurch bis zur ebenen Außenfläche 52.2 gelangen. Von dort kann die Wärm wiederrum durch Konvektion an der Umgebungsluft weiter abgeführt werden. Die ebene Außenfläche bildet damit eine erste Klasse von Wärmeabgabeelemente 54.1 für diese Variante 11 sowie alle möglichen weiteren denkbaren Varianten innerhalb des ersten Leistungsklassenbereichs 1 aus. Mindestens eine zweite Variante innerhalb des ersten Leistungsklassenbereichs 1 mit einer höheren Leistungsklasse als der dargestellten Variante 11 kann dabei noch in der wirksamen ebenen Außenfläche 52.2 vergrößert sein.
Die Fig. 2 zeigt eine Variante 21 des Steuergerätes 100 mit einer Leistungsklasse 100.2. Die Variante 21 ist einem zweiten festgelegten Leistungsklassenbe- reich 2 der Steuergerätefamilie 1234 zugeordnet Der zweite Leistungsklassenbereich 2 schließt beispielsweise direkt an den niedrigsten festgelegten Leistungsklassenbereich 1 unmittelbar an mit entsprechenden Varianten höherer Leistungsklassen 100.2. Neben der ebenen Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelementes 52 ist der Wärmeabgabebereich 54 im Vergleich zur Fig. 1 mit einer zusätzlichen Entwärmungsstruktur 53.2 erweitert. Die Entwärmungsstruktur 53.2 ist beispielsweise gebildet aus abstehenden Rippen und/oder Zapfen, beispielsweise in Form von Pinfins. Mittels dieser Entwärmungsstruktur 53.2 ist das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs 54 ebenfalls im Vergleich zur Fig. 1 deutlich erhöht, insbesondere um das Vielfache. Die Wärme kann nun zusätzlich über die Außenfläche der Entwärmungsstruktur 53.2 mittels Abstrahlung abgeführt werden. Die Entwärmungsstruktur 53.2 bildet somit eine neue zweite Klasse von Wärmeabgabeelemente 54.2 für diese Variante 21 sowie alle möglichen weiteren denkbaren Varianten innerhalb des zweiten Leistungsklassenbereichs 2 aus. Mindestens eine zweite Variante innerhalb des zweiten Leistungsklassenbereichs 2 mit einer höheren Leistungsklasse als der dargestellten Variante 21 kann dabei noch in der Strukturgröße der Entwärmungsstruktur 53.2 vergrößert sein. Dass kann zum Beispiel die Anzahl von Pinsfins und/oder deren Höhe bzw. Querschnitt betreffen.
Die Fig. 3a zeigt eine erste Variante 31 des Steuergerätes 100 mit einer Leistungsklasse 100.3. Die Variante 31 ist einem dritten festgelegten Leistungsklassenbereich 3 der Steuergerätefamilie 1234 zugeordnet. Der dritte Leistungsklassenbereich 3 schließt beispielsweise direkt an den zuvor genannten zweiten Leistungsklassenbereich 2 unmittelbar an mit entsprechenden Varianten noch höherer Leistungsklassen 100.3. Neben der ebenen Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelementes 52 und der Entwärmungsstruktur 53.2 ist der Wärmeabgabebereich 54 im Vergleich zu den Ausführungen der Fig. 1 und 2 mit einen zusätzlichen die Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelementes 52 unmittelbar mitenthaltenden Fluid 53.3b durchfließbaren Entwärmungskanal 53.3a erweitert. Der Entwärmungskanal 53.3a weist dabei ein Kanalgehäuse 53.3c auf, bevorzugt als ein Kunststoffspritzgussteil. Zumindest über einen Abschnitt hinweg ist das Kanalgehäuse 53.3c rinnenartig ausgeführt. Die dabei vorliegende offene Seite ist dichtend auf die Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelementes 52 angeordnet, so dass der Entwärmungskanal 53.3a für die Durchströmung mit einem Fluid 53.3b allseitig geschlossen ist. Zwischen dem Randbereich der offenen Seite des rinnenartigen Abschnitts und der Außenfläche 52.2 ist ein Dichtelement 53.3d umlaufend geschlossen angeordnet Das Dichtelement 53.3d kann beispielsweise im Kunststoffspritzgussteil des Kanalgehäuses mit eingespritzt sein. Im Bereich des aufliegenden Dichtungselements 53.3d ist in der Außenfläche 52.2 eine Dichtfläche 53.3e ausgebildet. Diese kann auch als nutartige Vertiefung vorliegen. Das Dichtelement 53.3d kann alternativ auch in die nutartige Vertiefung eingelegt sein. Mittels des Entwärmungskanals 53.3a ist das Entwärmungsvermö- gen des Wärmeabgabebereichs 54 im Vergleich zu den Ausführungen der Fig. 1 und 2 deutlich erhöht, insbesondere um das Vielfache. Die Wärme kann nun zusätzlich über das Fluid 53.3b abgeführt werden. Der Entwärmungskanal 53.3a bildet somit eine neue dritte Klasse von Wärmeabgabeelemente 54.3 für diese erste Variante 31 sowie alle möglichen weiteren denkbaren Varianten innerhalb des dritten Leistungsklassenbereichs 3 aus. Das Fluid 53.3b wird dabei über einen Zulaufstutzen 53.3f zum Entwärmungskanal 53.3a zugeführt und wieder von dort durch einen Ablaufstutzen 53.3g abgeführt. Beide Stutzen 53.3f, 53.3g sind bevorzugt einstückig im Kanalgehäuse 53.3c ausgebildet.
Die Dichtfläche 53.3e sowie eine nicht dargestellte Befestigungsstruktur für das Kanalgehäuse 53.3c stellen dabei eine Schnittstelle S für die Anordnung bzw. Verbindung des Kanalgehäuses 53.3c an die Außenfläche 52.2 dar.
Die Fig. 3b zeigt eine zweite Variante 32 des Steuergerätes 100 mit einer Leistungsklasse 100.x. Die Variante 32 ist wie die zuvor beschriebene Variante 31 ebenfalls dem dritten festgelegten Leistungsklassenbereich 3 der Steuergerätefamilie 1234 zugeordnet, allerdings mit einer höheren Leistungsklasse 100.x. Die zweite Variante 32 unterscheidet sich von der ersten Variante 31 lediglich darin, dass der im Kanalgehäuse 53.3c ausgebildete Strömungsquerschnitt Q größer ausgelegt ist, als der Strömungsquerschnitt q in der ersten Variante 31.
Die Fig. 3c zeigt eine Abwandlung von der ersten und/oder zweiten Variante gemäß den Fig. 3a und 3b. Die Außenfläche 52.2 weist lokal Vertiefungen V auf, so dass der Flächenverlauf an diesen lokalen Stellen von einer einzigen Flächenebene abweicht. Die Vertiefungen V ermöglichen im Bereich eines Anlagenkontaktes A den Spaltabstand a in Hinblick auf das TI M-Material 59 anzupassen. Sowohl die Entwärmungsstruktur 53.2 als auch der Verlauf des Kanalgehäuses 53.3c folgen der Außenfläche 52.2 mit den Vertiefungen V, so dass der Strömungsquerschnitt q, Q konstant gehalten ist.
Die Fig. 4 zeigt eine Variante 41 des Steuergerätes 100 mit einer Leistungsklasse 100.4. Die Variante 41 ist einem vierten festgelegten Leistungsklassenbereich 4 der Steuergerätefamilie 1234 zugeordnet. Der vierte Leistungsklassenbereich 4 schließt beispielsweise direkt an den zuvor genannten dritten Leistungsklassenbereich 3 unmittelbar an mit entsprechenden Varianten noch höherer Leistungsklassen 100.4. Neben der ebenen Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelementes 52, der Entwärmungsstruktur 53.2, und dem Entwärmungskanal 53.3 ist der Wärmeabgabebereich 54 im Vergleich zu den Ausführungen der Fig. 1 , 2, 3a und 3b mit einer zusätzlichen Kühlvorrichtung nach Prinzip der Siedekühlung
53.4 erweitert, beispielsweise einer Heatpipe oder einer vapour chamber. Die Kühlvorrichtung 53.4 ist beispielsweise innerhalb des Kunststoffspritzgussteiles des Kanalgehäuses 53.3c mit eingespritzt. Alternativ ist die Kühlvorrichtung 53.4 auf der Außenfläche 52.2 oder innerhalb des zweiten Gehäuseelementes 52 angeordnet, beispielsweise im Bereich der Entwärmungsstruktur 53.2. Bevorzugt ist zumindest eine Seite der Kühlvorrichtung 53.4 unmittelbar in Berührung mit dem Fluid 53.3b. Mittels der Kühlvorrichtung nach Prinzip der Siedekühlung 53.4 ist das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs 54 im Vergleich zu den Ausführungen der Fig. 1 , 2, 3a, 3b deutlich erhöht, insbesondere um das Vielfache. Die Wärme kann nun zusätzlich über die Kühlvorrichtung 53.4 abgeführt werden. Die Kühlvorrichtung 53.4 bildet somit eine neue vierte Klasse von Wärmeabgabeelemente 54.4 für diese Variante 41 sowie alle möglichen weiteren denkbaren Varianten innerhalb des vierten Leistungsklassenbereichs 4 aus.
Ganz allgemein kann für alle Varianten 11 , 21 , 31 , 32, 41 das zweite Gehäuseelement 52 ein Spritzgussteil sein. Dadurch kann dann die Außenfläche 52.2 des zweiten Gehäuseelementes 52 als eine im Wesentlichen werkzeugseitige Abformungsfläche ausgebildet ist, wobei die Abformungsfläche zumindest bereichsweise eine einstückige Abformung der Wärmabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3,
54.4 der jeweiligen im Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3, 4 enthaltenen Klas- se/Klassen von Wärmabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 und/oder eine Abformung zumindest einer Schnittstelle S zur Anbindung von Teilelementen 53.3c der jeweiligen im Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3, 4 enthaltenen Klasse/Klassen von Wärmabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 umfasst.
Der jeweilige Wärmeabgabebereich 54 kann dann durch Anpassen eines gemeinsam genutzten Spritzgusswerkzeuges spezifisch ausgebildet werden. Das Spritzgusswerkzeug weist dabei adaptierbare Elemente auf, beispielsweise als Wechseleinsätze, um seine Abformungsgeometrie im Wärmeabgabebereich 54 entsprechend abzubilden. Eine spezifische Variante 11 , 21 , 31 , 32, 41 des Steuergerätes 100 wird damit ausgebildet, indem das Spritzgusswerkzeug zur Abformung der dem jeweiligen Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3, 4 zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 und/oder zur Abformung einer Schnittstelle S zur Anbindung von Teilelementen 53.3c der dem jeweiligen Leistungsklassenbereich 1 , 2, 3,4 zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 angepasst wird.
Neben den beispielhaft dargestellten Klassen von Wärmeabgabeelementen 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 können in anderen Steuergerätefamilien zusätzliche Klassen von Wärmeabgabeelemente enthalten sein. Ferner können davon auch einzelne oder alle hier dargestellten Klassen abweichen. Es können insgesamt mehr oder weniger Klassen von Wärmeabgabeelementen 54.1 , 54.2, 52.3, 54.4 vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1 .) Steuergerätefamilie (1234) einer Steuergeräteplattform mit zumindest zwei, drei, vier oder mehr Varianten (11 , 21 , 31 , 32, 41) von Steuergeräten (100) unterschiedlicher Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x), wobei die Varianten (11 , 21 , 31 , 32, 41 ) mindestens ein erstes und zweites Gehäuseelement (51 , 52) aufweisen, welche im montiertem Zustand einen Hohlraum (55) ausbilden, in welchem ein zu entwärmender bestückter Schaltungsträger (60) einer jeweiligen Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x) aufgenommen ist, wobei der Schaltungsträger (60) zumindest bereichsweise mit einer seiner zwei Hauptseiten (61 , 62) zumindest mittelbar mit einer dieser einen Hauptseite (61 , 62) zugewandten Innenfläche (51.1 , 52.1) des zweiten Gehäuseelementes (52) zumindest mittelbar in thermischem Anlagenkontakt (A) steht, und wobei an einer dieser einen Hauptseite (62) des Schaltungsträger (60) abgewandten Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelements (52) ein Wärmeabgabebereich (54) an eine die Außenfläche (52.2) angrenzende Umgebung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergerätefamilie (1234) mindestens zwei, drei oder mehr voneinander unterschiedliche Leistungsklassenbereiche (1 , 2, 3, 4) umfasst mit jeweils zumindest einer in jedem Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) fallenden Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x) zumindest einer Variante (11 , 21 , 31 , 32, 41 ) des Steuergerätes (100), wobei Varianten (11 , 21 , 31 , 32, 41) des Steuergerätes (100) aus zwei unterschiedlichen Leistungsklassenbereichen (1 , 2, 3, 4) sich in ihrem Wärmeabgabebereich (54) darin unterscheiden, dass das Entwärmungs vermögen des jeweiligen Wärmeabgabebereichs (54) an den Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) angepasst ist, indem der Wärmeabgabebereich (54) ausgehend vom einem niedrigsten festgelegten Leistungsklassenbereich (1) bis zu einem höchsten festgelegten Leistungsklassenbereich (4) der Steuergerätefamilie (1234) mit zunehmend höherem Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) jeweils durch eine zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) erweitert ist, welche das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs (54) des jeweiligen Leistungsklassenbereichs (1 , 2, 3, 4) gegenüber vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen (1 , 2, 3, 4) erhöht Steuergerätefamilie (1234) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) eines Leistungsklassenbereiches (1 , 2, 3, 4) in allen vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen (1 , 2, 3, 4) nicht enthalten ist. Steuergerätefamilie (1234) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseelement (52) metallisch ist, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Steuergerätefamilie (1234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseelement (52) ein Spritzgussteil ist und die Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelementes (52) als eine im Wesentlichen werkzeugseitige Abformungsfläche ausgebildet ist, wobei die Abformungsfläche zumindest bereichsweise eine einstückige Abformung der Wärmabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) der jeweiligen im Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) enthaltenen Klasse/Klassen von Wärmabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) und/oder eine Abformung zumindest einer Schnittstelle (S) zur Anbindung von Teilelementen (53.3c) der jeweiligen im Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) enthaltenen Klasse/Klassen von Wärmabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) umfasst. Steuergerätefamilie (1234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4), insbesondere ein erster Leistungsklassenbereich (1) der Steuergerätefamilie (1234), der Wärmeabgabebereich (54) ausschließlich oder im Wesentlichen durch eine ebene Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelements (52) als eine erste Klasse von Wärmeabgabeelemente (54.1) ausgebildet ist. Steuergerätefamilie (1234) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Varianten von Steuergeräten (100) unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb des ersten Leistungsklassenbereiches (1) sich in der Flächengröße der Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelementes (52) unterscheiden, wobei die Flächengröße mit zunehmender Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x) vergrößert ist. Steuergerätefamilie (1234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Leistungsklassenbereich (2), insbesondere ein auf den ersten unmittelbar folgenden größeren zweiten Leistungsklassenbereich (1 , 2) der Steuergerätefamilie (1234), der Wärmeabgabebereich (54) durch eine von der Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelementes (52) abstehende Entwärmungsstruktur (53.2), insbesondere in Form von Pinfins, als eine zweite Klasse von Wärmeabgabeelemente (54.2) ausgebildet ist bzw. erweitert ist. Steuergerätefamilie (1234) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Varianten von Steuergeräten (100) unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb des zweiten Leistungsklassenbereiches (2) sich in der Strukturgröße der jeweiligen Entwärmungsstruktur (53.2) unterscheiden, wobei die Strukturgröße mit zunehmender Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x) in Bezug auf die Anzahl ihrer Pinfins und/oder der Größe ihrer Pinfins vergrößert ist. Steuergerätefamilie (1234) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Leistungsklassenbereich (3), insbesondere ein auf den ersten und/oder den zweiten unmittelbar folgenden größeren dritten Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3) der Steuergerätefamilie (1234), der Wärmeabgabebereich (54) durch einen die Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelementes (52) unmittelbar mitenthaltenden Fluid (53.3b) durchfließbaren Entwärmungskanal (53.3a) als eine dritte Klasse von Wärmeabgabeelemente (54.3) ausgebildet ist bzw. erweitert ist. Steuergerätefamilie (1234) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Entwärmungskanal (53.3a) gebildet ist aus einem zumindest über einen Abschnitt rinnenartig ausgeformten Kanalgehäuse (53.3c), insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, wobei das Kanalgehäuse (53.3c) im Bereich seines rinnenartigen Abschnittes von seiner offenen Seite her dichtend auf die Außenfläche (52.2) des zweiten Gehäuseelementes (52) angeordnet ist unter Ausbildung eines allseitig geschlossenen Entwärmungskanals (53.3a).
11.) Steuergerätefamilie nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das der Entwärmungskanal (53.3a) einen Zulaufstutzen (53.3f) und einen Ablaufstutzen (53.3g) für ein Kühlfluid (53.3b) aufweist, wobei beide Stutzen (53.3f, 53.3g) innerhalb des Kanalgehäuses (53.3c) insbesondere einstückig ausgebildet sind.
12.) Steuergerätefamilie (1234) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Varianten von Steuergeräten (100) unterschiedlicher Leistungsklassen innerhalb des dritten Leistungsklassenbereiches (3) sich im Strömungsquerschnitt (q, Q) des jeweiligen Entwärmungskanals (53.3c) unterscheiden, wobei der Strömungsquerschnitt (q, Q) mit zunehmender Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x) vergrößert ist.
13.) Steuergerätefamilie (1234) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, und/oder 9 bis
11 , dadurch gekennzeichnet, dass das zwei oder mehr einem gleichen Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) zugehörige Varianten (11 , 21 , 31 , 32, 41) des Steuergerätes (100) einen identisch ausgebildeten Entwärmungsbereich (54) und/oder ein identisch ausgebildetes zweites Gehäuseelement (52) aufweisen.
14.) Verfahren zum Ausbilden einer Steuergerätefamilie (1234) einer Steuergeräteplattform nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit nachfolgenden Verfahrensschritten a) Festlegen von zwei, drei oder mehr voneinander unterschiedlichen Leistungsklassenbereiche (1 , 2, 3, 4) für die Steuergerätefamilie (1234), wobei jedem Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) zumindest ein Steuergerät (100) mit einer in den Leis- tungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) fallenden Leistungsklasse (100.1 , 100.2, 100.3, 100.4, 100.x) zugeordnet wird, b) Festlegen von Klassen von Wärmeabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4), wobei ausgehend von einem niedrigsten Leistungsklassenbereich (1) bis zu einem höchsten Leistungsklassenbereich (4) zur Anpassung des jeweiligen Entwär- mungsbereiches (54) eines Steuergerätes (100) innerhalb eines Leistungsklassenbereichs (1 , 2, 3, 4) an den Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) jedem zunehmend höheren Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) jeweils eine zusätzliche neue Klasse von Wärmeabgabeelementen (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) zugeordnet wird, durch welche das Entwärmungsvermögen des Wärmeabgabebereichs (54) des jeweiligen Leistungsklassenbereiches (1 , 2, 3, 4) gegenüber vorausgehenden niedrigeren Leistungsklassenbereichen (1 , 2, 3, 4,) erhöht wird, c) Ausbilden jeweils zumindest einer Variante (11 , 21 , 31 , 32, 41) des Steuergerätes (100) innerhalb der zwei, drei oder mehr festgelegten Leistungsklassenbereiche (1 , 2, 3, 4), indem der jeweilige Entwärmungsbereich (54) mit der/den jeweils dem Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) ausgebildet bzw. erweitert wird.
15.) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Entwärmungsbereich (54) durch ein Spritzgusswerkzeug zumindest bereichsweise ausgebildet wird, wobei das Spritzgusswerkzeug im Bereich des Entwärmungsbereiches (54) in seiner Abformungsgeometrie adaptierbar ausgeführt wird, so dass in Abhängigkeit des Leistungsklassenbereichs (1 , 2, 3, 4) im Verfahrensschritt c) das Spritzgusswerkzeug zur Abformung der dem jeweiligen Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) und/oder zur Abformung einer Schnittstelle (S) zur Anbindung von Teilelementen (53.3c) der dem jeweiligen Leistungsklassenbereich (1 , 2, 3, 4) zugeordneten Klasse/Klassen von Wärmeabgabeelemente (54.1 , 54.2, 52.3, 54.4) angepasst wird.
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